577_Maglitskij_B.N._Kosmicheskie_i_nazemnye_sistemy_radiosvjazi_

В задании на курсовое проектирование заданы высота препятствия и расстояние до него. Поэтому необходимо определить, закрывает ли препятствие нужный угол места. Для этого можно воспользоваться программой SAA. После запуска программы необходимо открыть вкладку «Препятствие» (рисунок 1.6) и ввести высоту препятствия и расстояние до него.

Рис. 1.6. Определение угла поднятия на препятствие

Допустим, высота препятствия равна 29 метров, и расстояние до него равно 50 метров. Тогда “угол поднятия на препятствие” от земли составляет 30,1 градусов. Если угол места больше, чем “угол поднятия на препятствие”, то, в принципе, спутник будет виден даже при установке антенны у земли. В противном случае необходимо поднять антенну на высоту несколько метров над землей.

Ослабление сигнала в гидрометеорах обусловлено рассеянием и поглощением части энергии электромагнитных колебаний. Затухание радиосигналов пропорционально относительному размеру частиц по отношению к длине волны, их концентрации и диэлектрической проницаемости. Частицы пыли и дыма, благодаря их малым относительным размерам и низкой диэлектрической проницаемости, практически никакого влияния на ослабление сигналов в рассматриваемом диапазоне частот не оказывают. Влияние кристаллов льда в виде ледяных облаков, сухого снега и града не ощущается, поскольку диэлектрическая проницаемость льда существенно ниже, чем воды. Влияние водяных облаков и тумана так же мало из-за малого размера и концентрации частиц в этих образованиях (диаметр капель менее 0,2 мм).

31

В наибольшей степени радиосигналы ослабляются крупными частицами мокрого снега и града, однако в большинстве регионов эти природные явления наблюдаются весьма редко, поэтому обычно их влиянием пренебрегают.

Существенное влияние на ослабление сигналов оказывают дожди.

Ослабление уровня сигнала при прохождении радиоволн через зону дождя вызвано рассеянием электромагнитной энергии частицами, при этом каждая частица рассеивает энергию в разных направлениях, вследствие чего энергия, приходящая в точку приема, уменьшается. Кроме того, энергия поглощается в частицах дождя, что вызывает ослабление уровня сигнала.

Интенсивность рассеяния и поглощения зависит от количества частиц в единице объема, отношения размеров этих частиц к длине волны, размеров области, занятой частицами, и их электрических свойств, зависящих от температуры. Количество частиц в единице объема и их размеры характеризуются интенсивностью дождя.

Интенсивность дождя различна в разных географических районах и в разное время года. Карта интенсивности осадков для территории Российской Федерации приведена на рисунке 1.7.

На рисунке 1.8 показаны зависимости погонного ослабления (затухания) сигнала в зоне дождя γд , дБ/км от частоты [5].

Рис. 1.7. Интенсивность осадков на территории Российской Федерации

32

Рис. 1.8. Зависимость погонного ослабления сигнала в зоне дождя в зависимости от частоты

Потери сигнала в дожде рассчитываются по эмпирической формуле:

где I - интенсивность выпадения осадков [мм/час];

l - длина пути сигнала в дождевом слое;

a и b - вспомогательные коэффициенты.

Коэффициенты a и b сильно зависят от частоты, влияние других факторов (размера и температуры дождевых капель, поляризации сигнала) проявляется пренебрежительно слабее. Хорошим приближением значений a и b является:

где hзс - высота расположения земной станции над уровнем моря;

hД - эффективная высота дождевого слоя;

33

- угол места антенны земной станции.

Эффективная высота дождевого слоя связана с высотой нулевой изотермы hи следующим образом:

Наконец, высота нулевой изотермы [км] равна (типичное значение для летнего времени):

где c – широта точки размещения земной станции на земной поверхности.

Интенсивность дождя I имеет статистический характер и во многом определяется местом расположения земной станции. В соответствии со средним уровнем осадков на поверхности Земли выделено 14 разновидностей климатических зон. Из этих 14 зон на территории России лежат зоны A, C, E, F, и К. На рисунке 1.9 представлена карта климатических зон мира.

Рис. 1.9. Карта климатических зон мира

34

Для каждой зоны на основании статистики многолетних метеонаблюдений определено максимальное (с некоторой доверительной вероятностью KД ) значение I , которое и является исходным при расчете потерь сигнала в дожде. В таблице 1.7 приведены исходные значения интенсивности дождя для различных климатических зон.

Таблица 1.7 – Исходные значения интенсивности дождя - I [мм/час] для различных климатических зон

1.5.3 Расчет мощности шумов на входе земной станции

Полная мощность шума на входе приемника земной станции определяется

как

fШ – эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника, Гц;

T – суммарная эквивалентная шумовая температура приемной станции, приведенная к облучателю антенны, К.

35

где Nтв – количество телевизионных каналов;

В – скорость передачи одной телевизионной программы, бит/с; М – позиционность модуляции.

Значение суммарной эквивалентной шумовой температуры приемного устройства, входящей в формулу 5.16, определяется шумами антенны, волноводного тракта приемной станции и собственными шумами приемника. Для практических расчетов все составляющие суммарной шумовой температуры удобно пересчитать к облучателю приемной антенны:

где ТА.ЗС – результирующая шумовая температура антенны, К;

Т0 = 290 К – физическая температура окружающей среды;

ПР – коэффициент передачи (по мощности) волноводного тракта приемной станции от облучателя антенны до входа приемника (примем ПР

=0,95);

ТПР – собственная шумовая температура приемника, К.

В свою очередь для приемной антенны земной станции и спутника:

где Tатм – шумовая температура, обусловленная шумами атмосферы и зависящая от угла места ;

TЗ – шумовая температура, обусловленная тепловым излучением Земли;

Ткосм – шумовая температура, обусловленная шумами космического происхождения;

с – коэффициент, учитывающий усредненный уровень боковых и задних лепестков диаграммы направленности антенны.

36

Шумовая температура атмосферы Tатм определяется излучением спокойной атмосферы и влиянием осадков. Это явление объясняется законом термодинамического равновесия, согласно которому среда (атмосфера, осадки) излучает такое же количество энергии, которое поглощает. Таким образом, эта составляющая носит статистический характер, связанный с потерями в спокойной атмосфере и дождях, зависит от частоты и угла места. При известном значении затухания, обусловленного влиянием атмосферы, шумовая температура атмосферы находится из соотношения:

где Lр – результирующие затухание в атмосфере с учетом поглощения в осадках для соответствующего угла места.

Шумовая температура Земли, строго говоря, тоже зависит от угла места, однако в практических случаях может быть положена равной 290 К.

Шумы космического происхождения определяются в основном излучениями Галактики, Солнца и Луны. При этом усредненная температура шумов Галактики пренебрежимо мала в полосах частот 6/4 ГГц и выше и не превышает 10 К на частотах более 2 ГГц при любых углах места. В то же время излучение Солнца может полностью нарушить связь при попадании в главный лепесток диаграммы направленности антенны. Однако влияние этого явления можно свести к минимуму с помощью предварительного учета взаимного расположения спутника и Солнца. Излучение Луны оказывает еще меньшее влияние, так как ее шумовая температура на несколько порядков ниже шумовой температуры Солнца. Таким образом, в большинстве практических случаев составляющая Ткосм может быть положена равной нулю.

Шумовая температура приемника обусловлена его собственными тепловыми шумами, зависит от типа приемника и в основном определяется шумовой температурой входного малошумящего усилителя (либо его коэффициентом шума):

Если шумовая температура приемника или коэффициент шума не заданы техническими параметрами, тогда это значение определяется по

37

графику, приведенному в [3, стр. 126], учитывая, что малошумящий усилитель построен на полевом транзисторе.

1.5.4 Выбор типа и коэффициента усиления приемной антенны

Используя выражение

(Рс/Рш)вх = (Eб/N0)/(W/R)

антенны и определите ее диаметр, ближайший к типовому.

1.5.5 Построение диаграммы уровней спутниковой линии связи

В соответствии с произведенными выше расчетами привести сводную таблицу полученных результатов и построить диаграмму уровней проектируемой спутниковой линии связи.

1.5.6 Оценка качества передачи телевизионного сигнала

Для этой цели рекомендуется использовать программу «Навигатор», окно которой приведено на рисунке 1.10. Данная программа может быть найдена в Интернете и не требует особых пояснений.

Рис. 1.10. Окно программы «Навигатор»

38

Используя программу «Навигатор», определите, при каких отношениях сигнал/шум качество сигнала соответствует данным таблицы 1.8.

Таблица 8 – Качество принимаемого сигнала

В заключении сформулируйте окончательные выводы по курсовому проекту.

1.6 Список дополнительной литературы

1Бадялик В.П. Основы телевизионного вещания со спутников. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 368 с.: ил.

2Спутниковая связь и вещание: Справочник / Под редакцией Л.Я. Кантора.

– М.: Радио и связь, 1997. – 528 с.: ил.

3Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1987. – 192с.: ил.

4Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. – М.: Вильямс, 2003. – 1104 с.: ил.

5Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник / М.Г. Локшин, А.А. Шур, А.В. Кокорев, Р.А. Краснощеков. – М.: Радио и связь, 1988. – 144 с.: ил.

6Мамчев Г.В., Носов В.И. Спутниковое телевизионное вещание: учебное пособие. – Новосибирск: СибГУТИ, 1993. – 83 с.

7Спутниковые сети связи: Учебное пособие / В.Е. Камнев, В.В. Черкасов, Г.В. Чечин. – М.: «Альпина Паблишер», 2004. - 536 с.: ил.

8Баклашов Н.И., Китаева Н.Ж., Короткова Н.А., Шемарина А.А.; Под редакцией Баклашова Н.И. – М.: Радио и связь, 1985. – 280с.: ил.

39

2Методические указания

квыполнению курсового проекта по ЦРРЛ

2.1Цель курсового проекта

Целью курсового проекта является закрепление знаний, полученных в процессе изучения дисциплины «Космические и наземные системы радиосвязи», приобретение навыков самостоятельной работы с соответствующим программно-аппаратным обеспечением, освоение методики расчета качественных показателей ЦРРЛ.

2.2 Содержание разделов курсового проекта

Курсовой проект должен содержать следующие разделы:

1Введение

1Выбор мест расположения станций ЦРРЛ и разработка структурной схемы проектируемой ЦРРЛ

3Выбор радиотехнического оборудования (типа ЦРРС)

4Расчет качественных показателей ЦРРЛ

5Расчет диаграмм уровней сигналов на пролетах ЦРРЛ

6Разработка схемы организации связи

7Заключение

8Список литературы

2.3 Оформление курсового проекта

Пояснительную записку брошюруют в виде тетради из листов белой бумаги формата А4 с плотной обложкой. Лицевую сторону обложки оформляют как титульный лист. В начале пояснительной записки помещается задание и оглавление. Рубрикация должна соответствовать пунктам задания. Все расчеты производят по формулам, которые записывают сначала в общем виде с указанием условных обозначений и размерностей, нумеруют по порядку и снабжают ссылками на источники. Список литературы приводится в конце проекта.

40